李延来 雒兴刚 韩 毅 姚建明

1.东北大学流程工业综合自动化教育部重点实验室,沈阳,110004 2.浙江工业大学,杭州,310023 3.中国人民大学,北京,100872

0 引言

在激烈竞争的全球化市场中,越来越多的企业认识到顾客驱动的产品设计与制造对其生存和发展是极其重要的。质量功能配置(quality function deployment,QFD)是一种常用的顾客驱动的产品设计方法,正在发展成为具有重大理论和现实意义的现代设计方法。QFD是通过质量屋进行有效产品规划设计的。建立质量屋的一个关键与难点是顾客需求和工程特性之间关联关系强度的估计。顾客需求和工程特性之间关联关系强度的准确估计对工程特性重要度的确定和质量屋的优化发挥着相当重要的作用,它使企业能够有目的地设计和开发产品以实现更高的顾客满意度,从而获得更大的竞争优势[1-2]。

大多数文献采用较简单的数值序列方法确定关联关系[3-9],但该方法的误差较大。基于大量的实验数据,文献[10]提出了关联关系强度估计的非线性规划方法,文献[11]提出了基于田口方法的多特征映射模型以获取关联关系强度,但这两种方法的应用依赖于大量的相关实验数据,因而实验所要求的时间和成本将成为应用的较大障碍。鉴于关联关系是模糊和不精确的,文献[12]提出了基于对称三角型模糊系数的模糊线性回归的关联关系强度估计方法;文献[13]将对称三角模糊数扩展为非对称三角模糊数和梯形模糊数,基于最小二乘回归和模糊线性回归的集成模型,提出了两组混合的非对称模糊线性规划模型确定关联关系强度。因为模糊隶属度的确定是困难和不精确的,所以在某些情况下这些结果是不可靠的。在利用多属性决策进行关联关系强度的估计方面,文献[14]利用多属性决策中摆动算法提出了确定顾客需求和工程特性之间关联关系强度的摆动方法,但所应用的摆动方法没有摆脱直接指定重要度和两两比较的弱点,导致误差较大;文献[15]利用多属性决策中线性偏序方法抽取产品规划过程中参与者的知识来确定关联关系强度,尽管该方法能够在较大程度上减轻设计工程师的巨大负担,但由于其计算较复杂,故可行性并不大;文献[16]利用多属性决策中粗糙集方法确定关联关系强度,但粗糙集要求数据是离散化的,但数据的离散化处理有时是不准确和困难的。在利用多属性决策进行关联关系强度的估计方面,现有研究没有充分利用本企业及其竞争对手产品的竞争性评价。

为了准确确定顾客需求和工程特性之间的关联关系强度,QFD团队必须充分利用本企业及其竞争对手产品的竞争性评价以减小主观评价的偏差。针对关联关系强度确定的多属性决策特性,本文基于本企业及其竞争对手产品的顾客需求和工程特性的竞争性评价,利用多属性决策理论将关联关系强度相对大小的确定转化为条件属性重要度的获取问题,并引入顾客需求和工程特性之间关联关系的类型因子概念,从而提出面向竞争评价的顾客需求和工程特性之间关联关系强度的估计方法。

1 顾客需求和工程特性的竞争评价

1.1 顾客需求集和工程特性集的确定

在顾客需求集的确定方面,QFD团队首先应根据顾客的问卷调查、与顾客面谈和研究竞争者的相似产品等方法确定顾客需求初选集,该集合所包含的元素之间可能存在包含、交叉、互斥、正相关、负相关和独立等6种关系;其次,对存在包含和交叉关系的元素进行冗余和合并处理,从而得到去除冗余和交叉关系的顾客需求待选集;再次,由于待选集中的元素在相关性方面存在着互斥、不相关、正相关和负相关等4种关系,须对具有互斥关系的顾客需求进行恰当的筛选以得到顾客需求的筛选集,该筛选集中的各个元素具有不相关、正相关和负相关等3种关系;最后,对筛选集中的元素通过重要度排序进行精化处理,得到质量屋中的顾客需求集[16-17]。假定QFD团队利用该方法将顾客需求集确定为Scr={CR1,CR2,…,CR l,…,CR L}。

根据已确定的顾客需求集,文献[18]提出了确定质量屋中的工程特性集的系统方法。该方法总共包含6步：前面5个步骤将获取依赖于已确定的顾客需求集的工程特性集;最后一步将获取与顾客需求集无关的工程特性集。基于上述两个工程特性集的合成,构成质量屋中的工程特性集。假定QFD团队利用上述方法将工程特性集确定为 Sec={EC1,EC 2,…,ECj,…,ECM}。

将本企业记为 Corp1,根据调查确定生产相似产品的 N-1个竞争企业,并将其记为Corp 2,Corp 3,…,Corp N。根据顾客需求集和工程特性集,对本企业及其竞争对手产品进行竞争性评价。

1.2 顾客需求的竞争性评价

根据市场调研,QFD团队确定产品的目标顾客群。在该目标顾客群中选择K个顾客进行市场产品的顾客需求竞争性评价[8]。对于CUSTk(k=1,2,…,K),要求每位顾客利用Scale min～Scale max的比例标度对N个企业所生产产品的顾客需求满意度进行评价,得到相应于CUST k的竞争性评价矩阵CEcrk。相应于这K个顾客,一共得到一一对应的竞争性评价矩阵假定K个顾客是同质的,产品的顾客需求竞争性评价矩阵可由下式确定：

cecrli(l=1,2,…,L;i=1,2,…,N)的规范化数值gcecrli可由下式得到：

将规范化的顾客需求竞争性评价矩阵记为

在矩阵GCEcr中,相应于顾客需求CRl,各企业所生产产品规范化的顾客需求竞争性评价向量为

1.3 工程特性的竞争性评价

根据产品调研,QFD团队确定本企业及其竞争对手产品的关于各项工程特性的具体数值,从而可建立一个本企业及其竞争对手产品的各项工程特性表现的竞争性评价矩阵：

工程特性一般有两种类型：第一种类型是指特性值越大越好的特性,第二种类型是指特性值越小越好的特性[19-20]。设Ih(h=1,2)分别表示第一种和第二种的下标集。为了准确地对各项工程特性表现的数值进行规范化处理,根据工程特性的类型特点可按下式进行处理：

将规范化的工程特性竞争性评价矩阵记为

一般情况下,可根据企业的竞争需要和技术可行性确定 lmaxj和lminj。在矩阵GCEec中,Y1=(gceec11,gceec12,…,gceec1M)表示本企业产品的各项工程特性表现值的规范化评价;第 i行Y i=(gceeci1,gceeci2,…,gceeciM)(i=2,3,…,N)表示竞争企业Corpi所生产相似产品的各项工程特性表现值的规范化评价。根据这些数据,QFD团队建立了如图1所示的基于竞争性评价的质量屋。

图1 基于竞争评价的质量屋

2 关联关系强度的估计

根据图1的表示结果,利用QFD团队的设计经验和工程知识,确定CR l和ECj之间的关联关系f relj是否存在,即 frelj是否等于零。根据关联关系的存在性,可定义集合

如果EC j∉ECl,则CR l和ECj之间的关联关系 frelj为零。针对ECl,规范化评价Y 1相应简化为SYl1=(sgceec11,sgceec12,…,sgceec1Ml),规范化评价Yi相应简化为SYli=(sgceeci1,sgceeci2,…,sgceeciMl)(i=2,3,…,N)。根据多属性决策的有关方法[21-22],为了使评价信息一致化,利用下式将所有竞争性评价SYl

i(i∈N)的综合评价值转化为客观的顾客需求竞争性评价：

式中,irjl为相应于顾客需求CRl的工程特性ECljl重要

将客观的顾客需求竞争性评价矩阵记为

一般情况下,tgcecrli和gcecrli之间往往存在着一定的偏差,为此引入偏差项：

其中IR l=(ir 1,ir 2,…,ir Ml)。为了得到合理的IRl,上述偏差值总是越小越好,为此建立下列优化模型：

为求解此优化模型,构造拉格朗日函数：

则有

根据式(14)求解得到

ir jl仅仅反映顾客需求CR l和工程特性之间的关联关系的相对大小,还必须考虑CRl和工程特性之间的关联关系类型[23-25](正关联关系和负关联关系)。为此,引入顾客需求CRl和工程特性之间关联关系的类型因子的概念。

如果ECj∉ECl,那么CRl和ECj之间的关联关系强度 frmlj为零。根据上述结果,得到顾客需求CRl(l=1,2,…,L)与工程特性ECj(j=1,2,…,M)之间的关联关系强度矩阵

3 实例研究

为了验证面向竞争评价的质量屋中关联关系强度的估计方法,这里引用了某企业单缸洗衣机的产品设计实例进行研究。该企业利用了QFD方法对该型号洗衣机进行产品的优化设计。根据市场调研、售后服务以及用户反馈,将质量屋中的5项顾客需求确定为最大程度的洗净(CR1)、最短的洗涤时间(CR2)、最安静的洗涤(CR3)、最大程度的漂洗(CR4)和最小程度的损坏衣物(CR5)。将上述5项顾客需求所组成的集合表示为Scr={CR1,CR2,CR3,CR 4,CR 5}。根据QFD团队对该产品的专家经验和工程知识,确定了以下5项工程特性：洗净的比率(EC1,%)、衣物磨损的比率(EC2,%)、洗衣的时间(EC3,min)、漂洗的比率(EC4,%)和噪声量(EC5,dB)。将上述5项工程特性所组成的集合表示为Sec={EC1,EC2,EC3,EC4,EC5}。

将该企业记为Corp 1,根据认真的市场调查确定生产相似产品的4个竞争企业,记为Corp 2、Corp 3、Corp 4和Corp 5。QFD 团队根据市场调研、售后服务以及用户反馈确定该产品所面对的最终顾客,并选择其中的10个协助获取质量屋中的顾客需求及其基本重要度,将这10个顾客记为CUSTk(k=1,2,…,10)。对于 CUSTk(k=1,2,…,10),要求每位顾客利用1～5的比例标度来对5个企业所生产产品的顾客需求满意度进行评价,得到CUST k的竞争性评价矩阵CEcrk。相应于Custk(k=1,2,…,10),一共得到10个一一对应的竞争性评价矩阵CEcrk(k=1,2,…,10)。假定这些顾客是同质的,产品的顾客需求竞争性评价矩阵CEcr可由式(1)确定。QFD团队对5个企业所生产产品对每项工程特性进行严格的测试和调研,建立一个各项工程特性表现的矩阵。根据设计经验和工程知识,确定顾客需求与工程特性之间关联关系的存在性：如果某项顾客需求与某项工程特性之间存在关联关系,该关联关系将以符号◦来标记。根据这些数据,QFD团队建立了单缸洗衣机的质量屋(图2)。

图2 单缸洗衣机的质量屋

根据式(2),确定规范化的顾客需求竞争性评价如表1所示。

表1 规范化的顾客需求竞争性评价

如图2所示,EC1和EC4是第一种类型的工程特性,EC2、EC3和EC 5是第二种类型的工程特性。因此,对于5个企业所生产的产品,EC1和EC4的规范化数值可利用式(5)的第一式得到,EC2、EC3和EC5的规范化数值可利用式(5)的第二式得到。5个企业所生产产品的规范化的工程特性竞争性评价如表2所示。

表2 规范化的工程特性竞争性评价

本文首先讨论顾客需求CR 1与Sec中5项工程特性之间关联关系强度的确定过程。如图1所示,CR 1与EC1、EC2、EC3和EC4之间存在关联关系,则确定

针对EC1,将规范化的工程特性竞争性评价矩阵GCEec5×5简化为

相应于顾客需求CR1,将规范化的顾客需求竞争性评价确定为

根据SGCEec和X1,利用式(15)确定相对于顾客需求CR1的EC1中4项工程特性的重要度(表 3)。

表3 相对于顾客需求CR 1的EC1中4项工程特性的重要度

根据QFD团队的设计经验和工程知识,可知如下事实：顾客需求CR1与工程特性EC11之间存在正关联关系,tg11的值为1;顾客需求CR 1与工程特性EC12之间存在负关联关系,tg12的值为-1;顾客需求CR1与工程特性EC13之间存在负关联关系的值为-1;顾客需求CR1与工程特性之间存在正关联关系,tg14的值为1。根据式(16),确定顾客需求CR1与EC1中4项工程特性之间的关联关系强度如表4所示。

表4 顾客需求CR1与EC1中4项工程特性之间的关联关系强度

因为EC5∉EC1,所以CR1和EC5之间的关联关系frm15为零。因此,得到CR 1与Sec中5项工程特性之间的关联关系强度如表5所示。根据相同的方法,分别确定 CR2、CR3、CR4和CR5与 Sec中5项工程特性之间的关联关系强度(表5)。

表5 5项顾客需求与5项工程特性之间的关联关系强度

根据顾客需求重要度和关联关系强度,QFD团队可确定工程特性的重要度,进而以此为基础可进行质量屋的优化。

4 结束语

质量功能配置是通过质量屋进行产品规划的有效设计,而建立质量屋的关键与难点在于如何确定顾客需求和工程特性之间的关联关系强度。针对关联关系强度确定的多属性决策特性,本文利用多属性决策理论将关联关系相对大小的确定转化为获取条件属性重要度的问题,并引入了顾客需求和工程特性之间关联关系的类型因子概念,从而提出了面向竞争评价的质量屋中关联关系强度的估计方法。由于该方法能够充分考察顾客需求和工程特性的竞争性评价,故其结果更趋真实和可靠。实例表明,所提方法是可行和有效的。

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